羟丙甲纤维素增强PEDOT:PSS/AgNPs纳米复合材料的快速响应接近/压力双模传感器及其在智能医疗与可穿戴设备中的应用

本研究报告了一种基于羟丙甲纤维素（HPMC）增强的PEDOT:PSS/AgNPs纳米复合材料的高性能接近/压力双模电容传感器。该传感器采用低成本宏观浸涂法制备，具有高灵敏度（0.511 kPa?1）、快速响应（25 ms）及优异循环稳定性（＞1000次）。其可同时识别物体接近与接触压力，在智能家居、人机交互及可穿戴健康监测（如电子皮肤、生理信号跟踪）领域展现巨大潜力。

　　

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Materials

聚氨酯海绵（密度0.0386 g/cm³）购自3M公司。羟丙甲纤维素（HPMC, 10W）由山东优索化工科技有限公司提供。银纳米颗粒（AgNPs，直径60–150 nm，纯度96.5 wt%）购自江苏XFNANO材料科技有限公司。PEDOT:PSS（固含量1.3–1.7%）由安徽库尔生物工程有限公司供应。所有化学试剂均以商业可用形式直接使用，未经进一步纯化。

Characterization and analysis of the sensor

图1a展示了传感器的功能与构成，其核心是由PDMS封装的多孔介电层。图1b演示了介电海绵的制备流程：首先将40 mg HPMC溶于8 mL去离子水中，形成5 wt%的水相基质溶液，经旋涡混合均匀后，按1:3的质量比加入AgNPs与PEDOT:PSS，继续涡旋混合60分钟，形成纳米复合浆料。随后将聚氨酯海绵浸入该混合液中，通过宏观浸涂工艺实现均匀涂层，最终获得具有高介电常数和优异弹性的敏感层。

Conclusion

本研究成功制备了基于HPMC/PEDOT:PSS/AgNPs纳米复合材料的高性能HPA传感器。HPMC作为大分子多糖有效促进AgNPs的分散，其与PEDOT:PSS形成的氢键进一步增强了材料的力学性能。性能测试表明，该传感器压力灵敏度达0.511 kPa^?1，响应与恢复时间均为25 ms，并具备非接触感知能力，可探测手部接近引起的20%电容变化。该传感器在多维密码识别、智能家具开关、可穿戴电子皮肤及软体机器人集成方面显示出广泛的应用前景。